Що таке порох: різновиди, властивості, застосування. Коротка історія зброї на рідких метальних речовинах (ЖМВ) Паливо, альтернативне і не дуже

О. ТРУНІН, О. МАКАРОВ, В. ЛІСОВ
Енергетика та промисловість Росії № 06 (122) березень 2009 року

У XXI столітті на зміну «звичайним» двигунам внутрішнього згоряння мають прийти альтернативні силові технології.

Провідні центри та автофірми ведуть конкурентну боротьбу за «альтернативні» палива та енергозберігаючі цикли. Перспективна адаптація існуючих двигунів внутрішнього згоряння до більш «водневих» та екологічних палив: спиртів, метану, водню. Освоюються і альтернативні цикли силових установок (електропаливні осередки, гібридні двигуни та ін.). Головна проблема – висока вартість та складність всього «альтернативного».

Однак навіть на так званому «альтернативному» паливі схема поршневого або газотурбінного двигуна внутрішнього згоряння – як теплової машини для перетворення хімічної енергії на механічну роботу – насправді «неальтернативна». У будь-якому випадку дози палива (пального) повинні згоряти в стислому повітрі (окислювачі), а продукти – штовхати поршень або обертати турбіну. Адаптація серійного «механічного» двигуна до палива – метанолу чи навіть водню – не претендує на «альтернативну силову установку».

Паливо, альтернативне та не дуже

Цілком цікаві цикли працевіддачі унітарних палив: від «грецького вогню» з селітрою та нафтою та китайських «вогненних стріл» – до вогнепальних та оборонних технологій. Унітарне паливо містить і горючі речовини, і окислювачі; кисень повітря їм не потрібен, і тому витрат у циклі «стиснення» не буде, оскільки завжди буде лише цикл чистого розширення.

При цьому унітарне паливо цілком працездатне: на сотню кілометрів під водою пливуть турбошвидкісні торпеди; з високою швидкістюлетять «порохові» снаряди та працюють «безатмосферні» турбонасоси рідинних ракет; з космічною роботовіддачею згоряють унітарні палива у твердопаливних прискорювачах.

Однак для цивільних технологій «оборонні» окислювачі не годяться через високу вартість, небезпеку в користуванні або токсичність (перекис водню, рідкий кисень, двоокис азоту, перхлорати та інші екзотичні речі).

Гіпердизель

Для альтернативного палива-«пороху» потрібні й альтернативні «безатмосферні» схеми двигунів. Втім, виключивши цикли провітрювання у схемі 4-тактного двигуна внутрішнього згоряння, можна змусити його працювати як 2-тактний «гіпердизель» з гарячою форкамерою міні-реактора, або навіть заново винайти 1-тактний поршневий циліндр так званої «подвійної дії» реакторами спалахів паливних доз по торцях циліндра

Якщо початкові параметри (Р1, Т1) "водопорохових" спалахів задати за рівнем (так званих "індикаторних" показників) робочої суміші "звичайних" двигунів внутрішнього згоряння, то один циліндр "подвійної дії" буде еквівалентний відразу восьми 4-тактним бензиновим циліндрам. При великому адіабатному розширенні з конденсованого «нічого» та пароутворенні води-розчинника рідинне охолодження робочої зони необов'язкове.

Для регулювання циклічного згоряння доз «рідкого пороху» знайдено водорозчинні присадки-антидетонатори та каталізатори.

Експерименти по окислювальних підсадок в цикл серійних бензинових двигунів виявили малу швидкість згоряння розчинів і схильність до детонації комбінованих газоаерозольних зарядів.

Очевидно, що для безперервно-турбінних циклів дорогі і складні повітряні компресори навряд чи знадобляться, а вимоги до жароміцності робочих зон знижуються пропорційно «обводненості» палив, що окислюють.

"Пороховий" двигун внутрішнього згоряння зможе працювати як на суші, так і в страто-сфері, на Місяці або під водою.

Реактивний гвинт

Ще більш «альтернативний» рушій типу «реактивний гвинт», що обертається реактивним вихлопом із сопів на кінцях лопатей. Якщо міні-реактори «рідкого пороху» розмістити там або виготовити у вигляді тора на осі обертання гвинта, ми отримаємо силовий агрегат, що поєднує функції «двигуна», «рушія» і «паливного насоса»; вузли тертя - лише два опорні підшипники осі гвинта, що обертається. Відцентрово-радіальні сили «втягують-качають» високощільний розчин з бака через канали осі та лопат у гарячий реактор, звідки стислі гази викидаються через периферійні сопла.

Стартова «розкручування» гвинта – від піропатронів у спеціальній «камері запалювання». Паливом можуть бути не тільки розчини «пороху», але й емульсії, що окислюють, а також суспензії порошку вугілля в загущеному розчині АС або навіть піни. В останньому випадку в окислювальний розчин з надлишком горючих речовин (спирти, уротропін, кам'яне вугілля) вводяться піноутворювачі-ПАВ, і найпростіший «піно-карбюратор» збиває низькократну піну з повітрям-окислювачем. Осьовий шнек-гвинт-насос жене-стискає піну з повітрям в осьовий реактор. Допалювання палива в повітрі знизить ненажерливість двигуна-гвинта до 1,5-2 разів і, відповідно, збільшить радіус переміщення транспортного засобу без дозаправки. Уклавши гримучий гвинт у кільцевий аеродинамічний сегмент, можна підвищити безпеку та корисну спрямованість імпульсу газоповітряних мас.

Реактивний гвинт, що штовхає, може бути рушієм для індивідуальних літальних апаратів.

Немеханічний аероцикл

Той самий принцип "немеханічного газоходу", в принципі, можливий і для руху з "відштовхуванням від повітря" (як і у разі "реактивного гвинта"). Щільність атмосфери менша за щільність води на три порядки – і в стільки ж треба збільшити прохідний перетин двигуна-труби. Для «альтернативних» літальних апаратів (ЛА) розмістити решітку соплових форсунок можна, наприклад, на планері-біплані між парами несучих площин або між фюзеляжем і кільцевим крилом надмалого літального апарату (СЛА).

Площа, що описується легким кільцевим крилом, повинна бути не менше 20-30 квадратних метрів, і у вертикальному положенні СЛА на «холостому ходу» повинен ковзати на шасі «повітряної подушки», а на форсажі – злітати вертикально. Після набору висоти аероцикл лягає на горизонтальний курс з економічною «літаковою» витратою робочого тіла та опорою на кільцеве крило-циліндр.

За оцінками, при злітній масі гіпербайка до 300 кілограм швидкість газоповітряного вихлопу повинна становити до 30-40 м/сек. Швидкість робочих «соплових» газів необхідна набагато вище, а просторовий імпульс «решітки вихлопу» (з обмеженням по довжині зони «двоконтурного» змішування) – спеціально орієнтований. ККД «газольоту» визначиться падінням тиску і температури в соплах-форсунках, «газоструминністю» змішування з повітрям та внутрішньою геометрією прямоточної труби.

Сумарний «теплий вітер» вихлопу – буде на один-два порядки слабші за щось газотурбінний чи ракетний... Але якщо порівняти вартість «немеханічного» аероцикла з існуючими ЛА в режимі «вертикальний зліт-посадка», нехай навіть із посадковим парашутом у носі СЛА...

Виявляється, на унітарному паливі можливі найрізноманітніші схеми принципово простих газорозширювальних машин, у тому числі з поєднанням «двигуна» і «двигуна», допалюванням палив у «безкоштовному» повітрі, і навіть – «немеханічні» цикли без частин, що рухаються, і навіть у режимі регульованого «безперервного вибуху».

Рідкофазні реактори

Рідкофазні міні-реактори легко регулювати, але до них потрібний паливний насос. високого тискуіз приводом для подачі розчину із зовнішнього бака. Щоб заощадити на масі «баластного» розчинника (води), паливна магістраль обігрівається протитечією («труба-в-трубі») теплом газів, що відпрацювали, з регульованою конденсацією водяної пари назад в бак для розчинення-розігріву робочих порцій енергоносія.

Тоді в бак можна завантажувати навіть кристалізовані плави палива (кулі, циліндри, еліпсоїди) з мінімальним вмістом «баластного» розчинника, який стане «самоповоротним» у циклі розчинення – згоряння – розчинення. (Критичний діаметр детонації високощільних гарячих плавів АС становить не менше 40-50 міліметрів, що набагато вище за необхідний переріз «гарячого» паливопроводу з холодного бака.)

До 5-8 відсотків енергії додасться в цикл «безкоштовно» – з утилізацією конденсаційного тепла пари води, що відпрацювали. Нарешті, тепловий ендоефект розчинення АС у воді, на щастя, протікає з помітним акумулюванням тепла з довкілля(до 78 ккал/кг), що практично компенсує витрати на пароутворення розчинника в реакторі при «самоспалюванні» плавів, що гарячіють, що містять 5-10 відсотків води.

Відомі також перспективні способи «зрідження» АС на неводних горючих розчинниках, де вода відсутня взагалі.

Твердопаливні газові «батарейки»

На противагу «стаціонарним» рідкофазним схемам, в «одноразових» твердопаливних елементах під тиском повільно горять циліндричні заряди кристалізованих плавів у режимі «піротехнічного газогенератора» або «молекулярного газорозпаду, що самопоширюється». За простоту конструкції «твердопаливних батарейок» доведеться платити жароміцністю всього корпусу та труднощами регулювання та запуску реакцій. Після вигоряння заряду «батарейки» у її міцний корпус поміщається болванка нового заряду, і цикл повторюється.

З «батарейок» можна збирати як завгодно великі «батареї» з ресиверами та акумуляторами тиску «холостого ходу» та інші конструкторські рішення.

Експериментально знайдено ефективні каталізатори та стабілізатори реакцій «водонітратних піротехнічних свічок». Швидкість згоряння зарядів під тиском в 1 атмосферу для більшості кристалізованих плавів, що гарячкують – в межах 0,1-1,5 мм/сек. У відсутності каталізаторів і спеціальних просторових стабілізаторів горіння «голі» шашки зарядів на повітрі «пожежобезпечні», так як температура їх займання набагато вища за температуру плавлення суміші і все тепло, що підводиться при 1 атмосфері, витрачається на плавлення і пароутворення «вхолосту».

Змінні твердопаливні елементи перспективні замість важких компресорів - як мобільні генератори високопрацездатних газів для приводу пневмоінструментів, пневмодвигунів або пневмо-рідинних насосів. Рідкофазні та твердопаливні реактори є перспективними для застосування в технологіях «вогневого» буріння, в підземному будівництві, в імпульсних та оборонних технологіях.

Концепція унітарного палива

В основі природної рівноваги та функціонування біосфери Землі лежать три природні цикли: кругообіг вуглецю, кругообіг азоту, кругообіг води. До сих пір господарська діяльністьлюдини заснована на видобутку та спалюванні накопичених у земній корі вуглецевмісних корисних копалин органічного походження: кам'яного вугілля, нафти, горючих газів, а також деревини. При їх спалюванні витрачається кисень атмосфери, незворотно виснажуються запаси найціннішої вуглеводневої та природної сировини.

На початку XXI століття вже порушено природну рівновагу геокліматичної машини планети і все людство поставлено на межу глобальної екологічної катастрофи.

У той же час існує можливість різкого зниження екологічного навантаження на біосферу з використанням безвуглецевих азотовмісних відновлюваних джерел енергії, а також промислових, «альтернативних» та природних технологій її перетворення та акумулювання, «вписаних» у природні цикли планетарного кругообігу азоту та води.

Людиною було зроблено безліч відкриттів, які мали велике значення у тій чи іншій сфері життя. Проте дуже невелика кількість таких відкриттів справді торкнулася перебігу історії.

Порох, його винахід – саме з цього списку відкриттів, які сприяли розвитку багатьох галузей людства.

Історія

Передісторія появи пороху

Вчені уми довго обговорювали час його створення. Хтось стверджував, що він був винайдений у країнах Азії, інші навпаки не погоджуються, і доводять протилежне, що порох був винайдений у Європі, а звідти потрапив до Азії.

Усі сходяться на думці, що батьківщиною пороху є Китай.

Наявні рукописи кажуть, про галасливі свята, які проводилися в Піднебесній з дуже гучними вибухами, які не були звичними для європейців. Звичайно, це був не порох, а насіння бамбуків, яке при нагріванні лопалося з сильним шумом. Такі вибухи, змусили замислитися тибетських ченцівпро практичне застосування подібних речей.

Історія винаходу

Зараз уже немає можливості з точністю до року визначити час винаходу китайцями пороху, проте за рукописами, що дійшли до теперішніх часів, є думка, що в середині VI століття жителі Піднебесної знали і компонування речовин, за допомогою яких можна отримати вогонь з яскравим полум'ям. Далі за всіх у напрямку винаходу пороху просунулися даосисткі ченці, які і врешті-решт винайшли порох.

Завдяки знайденій праці ченців, яка була датована IX століттям, де наведено переліки всіх деяких «еліксирів» і як їх застосовувати.

Велика увага була звернена на текст, де вказувалося на приготовлений склад, який несподівано спалахував після виготовлення і завдавав опіки ченцям.

Якщо одразу не згасити вогонь, до вщент згоряв будинок алхіміка.

Завдяки ось таким відомостям було закінчено дискусії про місце та час винаходу пороху. Ну треба сказати, що після винаходу пороху, він лише горів, але не вибухав.

Перший склад пороху

Склад пороху вимагав точного співвідношення всіх складових. Для визначення всіх часток та складових ченцям знадобився ще не один рік. У результаті було отримано суміш, яка отримала ім'я «вогняне зілля». До складу зілля входили молекули вугілля, сірки та селітри. У природі селітри дуже мало, за винятком територій Китаю, де селітра може знаходитись прямо на поверхні землі шаром у кілька сантиметрів.

Компоненти пороху:

Мирне застосування пороху в Китаї

Спочатку винаходу пороху він в основному застосовувався у вигляді різних шумових ефектів або для барвистих «салютів» під час розважальних заходів. Проте місцеві мудреці розуміли, що можливе й бойове застосування пороху.

Китай у ті далекі часи постійно перебував у стані війни з кочівниками, що оточували його, а винахід пороху було на руку військовим начальникам.

Порох: перше застосування китайцями у військових цілях

Є рукописи китайських ченців, де стверджується застосування «вогняного зілля» у військових цілях. Китайські військові оточили кочівників і заманили в гірську місцевість, де були заздалегідь встановлені порохові заряди та підпалені після походу супротивника.

Сильні вибухи паралізували кочівників, ті тікали з ганьбою.

Зрозумівши, що таке порох, і, усвідомивши його можливості, імператори Китаю підтримували виготовлення зброї із застосуванням вогняної суміші, це катапульти, порохові кулі, різні снаряди. Завдяки застосуванню пороху, війська китайських командирів не знали поразок і повсюдно звертали ворога втечу.

Порох залишає Китай: араби та монголи починають виготовляти порох

За даними, що дійшли, приблизно в XIII столітті, відомості про склад і пропорції для виготовлення пороху були отримані арабами, як це було зроблено, немає точних відомостей. За одним із переказів, араби вирізали всіх ченців монастиря та отримали трактат. У тому ж столітті араби змогли побудувати гармату, яка дає змогу стріляти снарядами з пороху.

"Грецький вогонь": візантійський порох

Далі від арабів відомості про порох, його склад до Візантії. Трохи змінивши склад якісно та кількісно було отримано рецепт, який отримав назву «грецький вогонь». Перші ж випробування цієї суміші не змусили на себе чекати.

При обороні міста були використані гармати, заряджені грецьким вогнем. У результаті всі кораблі було знищено вогнем. До наших часів не дійшли точні відомості про склад «грецького вогню», але, ймовірно, були застосовані — сірка, нафта, селітра, смола та олії.

Порох у Європі: хто винайшов?

Довгий час винуватцем появи пороху в Європі вважався Роджер Бекон. У середині тринадцятого століття він став першим європейцем, котрий описав у книзі всі рецепти виготовлення пороху. Але книга була зашифрована, і скористатися нею було неможливо.

Якщо ви хочете знати, хто винайшов порох у Європі, то відповіддю на ваше запитання буде історія Бертольда Шварца. Він був ченцем і займався алхімією для свого Ордену францисканців. На початку чотирнадцятого століття він працював над визначенням пропорцій речовини з вугілля, сірки та селітри. Після довгих дослідів йому вдалося розтерти у ступці потрібні компоненти у пропорції, достатньої для вибуху.

Вибухова хвиля мало не відправила ченця на той світ.

Винахід започаткував епоху вогнепальної зброї.

Першу модель стрілки, що стріляє, розробив все той же Шварц, за що і був посаджений у в'язницю з метою нерозголошення таємниці. Але ченця викрали та таємно перевезли до Німеччини, де він продовжив свої досліди щодо вдосконалення вогнепальної зброї.

Чим закінчив своє життя допитливий чернець, досі невідомо. За однією з версій, він був підірваний на бочці з порохом, за іншою, благополучно помер у дуже похилому віці. Як би там не було, але порох подарував європейцям великі можливості, якими вони не забули скористатися.

Поява пороху на Русі

Немає точної відповіді про походження пороху на Русі. Є безліч історій, але найправдоподібнішою вважається – що склад пороху було надано візантійцями. Вперше порох був застосований у вогнепальній зброї при захисті Москви від набігу військ Золотої орди. Така рушниця не виводила з ладу живої сили противника, але дозволяла лякати коней і сіяти паніку в рядах Золотої Орди.

Рецепт бездимного пороху: хто винайшов?

Наближаючись до сучаснішим століттям, скажімо, що ХІХ століття – це час удосконалення пороху. Одним з цікавих удосконалень вважається винахід французом В'єлем піроксилінового пороху, що має тверду структуру. Його перше застосування було гідно оцінено представниками оборонного відомства.

Суть у тому, що порох горів без диму, не залишаючи слідів.

Трохи пізніше винахідник Альфред Нобель заявив про можливість застосування нітрогліцеринового пороху під час виробництва снарядів. Після цих винаходів порох лише удосконалювався і покращувалися його характеристики.

Види пороху

У класифікації застосовуються такі види пороху:

• суміші(Так званий порох димний (чорний порох));
• нітроцелюлозні(відповідно, бездимний).

Для багатьох може бути відкриттям, але тверде ракетне паливо, що застосовується в космічних апаратахі ракетних двигунах, є ні що інше, як найпотужніший порох. Нітроцелюлозні порохи складаються з нітроцелюлози та пластифікатора. Крім цих частин, суміш розмішують різні добавки.

Велике значення мають умови зберігання пороху. У разі знаходження пороху більше можливого терміну зберігання або недотримання технологічних умов зберігання можливий незворотний хімічний розпад та погіршення його властивостей. Тому зберігання має велике значення у житті пороху, інакше можливий вибух.

Порох димний (чорний)

Димний порох виробляється на території Російської Федераціївідповідно до вимог ГОСТ-1028-79.

В даний час виготовлення димних, або чорних пороху регламентується та відповідає нормативним вимогам та правилам.

Марки, який буває порох, поділяються на:

• зернистий;
• Порохова пудра.

Складається чорний порох із калію нітрату, сірки та деревного вугілля.

• нітрат каліюокислює, дозволяє горіти із швидкою швидкістю.
• деревне вугілля- це пальне (який окислюється нітратом калію).
• сірка- Складова, яка необхідна для забезпечення підпалу. Вимоги до пропорцій марок чорного пороху різних країнахрізні, але відмінності невеликі.

Форма зернистих марок пороху після виготовлення нагадує зерно. Виробництво складає п'ять етапів:

1. Подрібнення до стану пудри;
2. Перемішування;
3. Пресуються по дисках;
4. Відбувається дроблення по зернах;
5. Полірується зерна.

Найкращі сорти пороху горять краще, якщо всі складові подрібнені повністю та ретельно перемішані, навіть важлива вихідна форма гранул. Ефективність горіння димного пороху багато в чому пов'язана з тонкістю подрібнення компонентів, повнотою змішування та формою зерен у готовому вигляді.

Сорти димних порохів (% склад KNO 3 , S, C.):

• шнуровий (для вогнепровідних шнурів) (77%, 12%, 11%);
• рушничний (для запалювачів до зарядів з нітроцелюлозних порохів та сумішевих твердих палив, а також для вишибних зарядів у запальних та освітлювальних снарядах);
• крупнозернистий (для запалювачів);
• повільногорючий (для підсилювачів та сповільнювачів у трубках та підривниках);
• мінний (для підривних робіт) (75%, 10%, 15%);
• мисливський (76%, 9%, 15%);
• спортивний.

При поводженні з чорним порохом слід дотримуватися запобіжних заходів і тримати порох вдалині від відкритого джерела вогню, оскільки він легко спалахує, для цього достатньо спалаху при температурі 290-300 °C.

Висуваються високі вимоги до упаковки. Вона має бути герметичною і димний порох повинен зберігатися окремо від інших. Дуже вимогливий до вмісту вологи. У разі наявності вологи більше 2,2% цей порох дуже важко запалюється.

До початку XX століття димний порох був винайдений для використання при стрільбі зі зброї та у різних метальних гранатах. Наразі застосовується у виробництві феєрверків.

Різновиди пороху

Алюмінієві сорти пороху знайшли своє використання у піротехнічній промисловості. В основі лежать, доведені до стану пудри і перемішані між собою, нітрат калію/натрію (потрібний як окислювач), алюмінієва пудра (це пальне) і сірка. Завдяки великому виділенню світла при горінні та швидкості горіння використовується у розривних елементах та флеш-складах (що виробляють спалах).

Пропорції (селітра: алюміній: сірка):

• яскравий спалах - 57:28:15;
• вибух – 50:25:25.

Порох не боїться вологи, не змінює сипкість, але можна сильно забруднитись.

Класифікація порохів

Це бездимний порох, розроблений вже в сучасності. На відміну від чорного пороху, нітроцелюлозний має високий коефіцієнт корисної дії. І немає диму, що може видати стрілка.

У свою чергу нітроцелюлозні порохи через складність складу та широкого застосування можна розділити на:

1. піроксилінові;
2. балістичні;
3. кордитні.

Бездимний порох - це порох, який застосовується в сучасних видах зброї, різних виробів для підриву. Він використовується як детонатор.

Піроксилінові

До складу піроксилінових порохів зазвичай входить 91-96% піроксиліну, 1,2-5% летких речовин (спирт, ефір та вода), 1,0-1,5% стабілізатора (дифеніламін, централіт) для збільшення стійкості при зберіганні, 2- 6% флегматизатора для уповільнення горіння зовнішніх шарів порохових зерен і 0,2-0,3% графіту як добавки.

Піроксилінові порохи виробляються у формі пластинок, стрічок, кілець, трубок та зерен з одним або декількома каналами; основне використання – це пістолети, автомати, гармати, міномети.

Виготовлення таких порохів складається з етапів:

• Розчинення (пластифікацію) піроксиліну;
• Пресування складу;
• Вирізати із маси з різними формами елементів пороху;
• Видалення розчинника.

Балістичні

Балістичні порохи – це порохи штучного походження. Найбільший відсоток мають такі компоненти, як:

• нітроцелюлоза;
• пластифікатор, що не видаляється.

Через наявність саме 2-х складових, цей вид пороху фахівці називають 2-основними.

За наявності змін відсотка у змісті пороху пластифікатора вони поділяються на:

1. нітрогліцеринові;
2. дигліколеві.

Структура складу баліститних порохів така:

• 40-60% колоксиліну (нітроцелюлоза з вмістом азоту менше 12,2%);
• 30-55% нітрогліцерину (нітрогліцеринові порохи) або діетиленглікольдінітрату (дигліколеві порохи) або їх суміші;

Також входять різні складові, які мають невеликий відсоток змісту, але вони є вкрай важливими:

• динітротолуол– необхідний, щоб мати змогу контролювати температуру горіння;
• стабілізатори(Дифеніламін, централіт);
• вазелінове масло, камфората інші добавки;
• також у балістичні порохи можуть вводити дрібнодисперсний метал(сплав алюмінію з магнієм) для підвищення температури та енергії продуктів згоряння такі порохи називають металізованими.

Безперервна технологічна схема виготовлення порохової маси високоенергетичних балістичних порохів

1 – ажитатор; 2 – масонасос; 3 – об'ємно-імпульсний дозатор; 4 – дозатор сипких компонентів; 5 – видаткова ємність; 6 – видатковий бак; 7 – шестеренний насос; 8 - АПР; 9 – інжектор;
10 – контейнер; 11 – пасиватор; 12 - гідрофобізатор; 13 – розчинник; 14 – змішувач; 15 – проміжний змішувач; 16 – змішувач спільних партій

Зовнішній вигляд виготовленого пороху має вигляд трубок, шашок, пластин, кілець та стрічок. Порох застосовують у військових цілях, і за своїм напрямом застосування вони діляться:

• ракетні(для зарядів до ракетних двигунів та газогенераторів);
• артилерійські(Для метальних зарядів до артилерійських знарядь);
• мінометні(Для метальних зарядів до мінометів).

Порівняно з піроксилиновими баліститними порохами відрізняються меншою гігроскопічністю, більшою швидкістю виготовлення, можливістю отримання великих зарядів (до 0,8 метра в діаметрі), високою механічною міцністю та гнучкістю за рахунок використання пластифікатора.

До недоліків баліститних порохів у порівнянні з піроксилиновими фахівці відносять:

1. Велика небезпека у виробництві,обумовлена ​​наявністю у їх складі потужної вибухової речовини - нітрогліцерину, дуже чутливого до зовнішніх впливів, а також неможливість отримати заряди діаметром більше 0,8 м, на відміну від сумішових порохів на основі синтетичних полімерів;
2. Складність технологічного процесувиробництвабаліститних порохів, який передбачає змішування компонентів у теплій воді з метою їх рівномірного розподілу, віджимання води та багаторазове вальцювання на гарячих вальцях. При цьому видаляється вода і відбувається пластифікація нітрату целюлози, який набуває вигляду рогоподібного полотна. Далі порох випресовують через матриці або прокочують тонкі листи і ріжуть.

Кордитні

Кордитні порохи містять високоазотний піроксилін, який видаляється (спирто-ефірна суміш, ацетон) і не видаляється (нітрогліцерин) пластифікатор. Це наближає технологію виробництва цих порохів до виробництва піроксилінових порохів.

Перевага кордитів - велика потужність, проте вони викликають підвищений розпал стволів через вищу температуру продуктів згоряння.

Тверде ракетне паливо

Сумішний порох на основі синтетичних полімерів (тверде ракетне паливо) містить приблизно:

• 50-60% окислювача, як правило перхлорату амонію;
• 10-20% пластифікованого полімерного сполучного;
• 10-20% дрібнодисперсного порошку алюмінію та інші добавки.

Цей напрямок пороходіння вперше з'явився в Німеччині в 30-40-і роки XX століття, після закінчення війни активною розробкою таких палив зайнялися в США, а на початку 50-х років - і в СРСР. Головними перевагами перед баліститним порохом, які привернули до них велику увагу, були:

• висока питома тяга ракетних двигунів на такому паливі;
• можливість створювати заряди будь-якої форми та розмірів;
• високі деформаційні та механічні властивості композицій;
• можливість регулювати швидкість горіння у межах.

Ці властивості пороху дозволили створювати стратегічні ракети із дальністю дії понад 10 000 км. На баліститних порохах С. П. Корольову разом із пароходелами вдалося створити ракету з граничною дальністю дії 2000 км.

Але у сумішевих твердих палив є значні недоліки порівняно з нітроцелюлозними порохами: дуже висока вартість їх виготовлення, тривалість циклу виробництва зарядів (до кількох місяців), складність утилізації, виділення соляної кислоти в атмосферу при горінні перхлорату амонію.

Новий порох – тверде ракетне паливо.

Горіння пороху та його регулювання

Горіння паралельними шарами, що не переходить у вибух, обумовлюється передачею тепла від шару до шару і досягається виготовленням досить монолітних порохових елементів, позбавлених тріщин.

Швидкість горіння порохів залежить від тиску за статечним законом, збільшуючись зі зростанням тиску, тому не варто орієнтуватися на швидкість згоряння пороху при атмосферному тиску, оцінюючи його характеристики.

Регулювання швидкості горіння порохів дуже складне завдання і вирішується використанням у складі порохів різних каталізаторів горіння. Горіння паралельними шарами дозволяє регулювати швидкість газоутворення.

Газоутворення пороху залежить від величини поверхні заряду та швидкості його горіння.

Величина поверхні порохових елементів визначається їхньою формою, геометричними розмірами і може в процесі горіння збільшуватися або зменшуватися. Таке горіння називається відповідно прогресивним чи дигресивним.

Для отримання постійної швидкості газоутворення або її зміни за певним законом окремі ділянки зарядів (наприклад ракетних) покривають шаром негорючих матеріалів (бронюванням).

Швидкість горіння порохів залежить від їхнього складу, початкової температури та тиску.

Характеристики пороху

В основі характеристик пороху лежать такі параметри, як:

• теплота горіння Q- кількість тепла, що виділяється за повного згоряння 1 кілограма пороху;
• обсяг газоподібних продуктів V, що виділяються при згорянні 1 кілограма пороху (визначається після приведення газів до нормальних умов);
• температура газів Т, що визначається при згорянні пороху в умовах постійного об'єму та відсутності теплових втрат;
• густина пороху ρ;
• сила пороху f- робота, яку міг би здійснити 1 кілограм порохових газів, розширюючись при нагріванні на Т градусів за нормального атмосферного тиску.

Характеристики нітропорохів

Невійськове застосування

Кінцеве ж основне призначення пороху - це військові цілі та застосування для руйнування об'єктів супротивника. Однак склад пороху Сокіл дозволяє його застосування і в мирних цілях, це феєрверки, в будівельних інструментах (пістолети будівельні, пробійники), а в області піротехніки – піропатрони. Характеристики пороху Барс більше підходять для застосування у спортивній стрільбі.

(5 оцінок, середнє: 5,00 із 5)

Саме "коротка" (хоча може бути точніше буде сказати "новітня"), тому що турецький експеримент початку ХХ-го століття з "бензиновою рушницею", радянські експерименти 1942-1943 року з рідинним ПТР і деяку іншу екзотику залишимо поки за кадром (прим. .raigap).

У США концепцією рідинної вогнепальної зброї почали займатись у 1950-1960 роках. Необхідна для практичної реалізації розробок база була отримана не відразу. Насамперед перспективною ідеєю зацікавилися в авіаційній індустрії. 1975 року Випробувальний центр озброєнь ВМС США оголосив конкурс на розробку «рідинної» автоматичної гармати калібру 25 мм. Його переможцем стала фірма «Grumman Aerospace», яка створила чотириствольну гармату (за схемою Гатлінга) з безгільзовим заряджанням рідкою метальною речовиною.

Схема пристрою авіаційної 25-мм чотириствольної гармати безгільзового заряджання з рідким метальним ВР: 1 - дульне гальмо; 2 - балон із рідким ВР; 3 – балон з окислювачем; 4 – снарядний відсік; 5 - блок стволів; 6 - пристрій подачі снарядів; 7 - привід
Розрахункові тактико-технічні характеристики: темп стрільби 4000 вистр./хв, початкова швидкість снаряда 1200 м/с, вага снаряда 258,8 г, чиста вага гармати 367 кг, спорядженої 617 кг. Боєкомплект 600 снарядів

У гарматі використовувалась двокомпонентна рідка метальна вибухова речовина: високощільний горючий екзотетрагідродициклопентадієн і біла азотна кислота, що димить, як окислювач.

Гармата довжиною 3,24 м, мала модульну конструкцію: кожен з чотирьох модулів включав ствол довжиною 2,75 м, ствольну коробку, насоси для впорскування пального і окислювача і затвор. Grumman Aerospace заявляла про можливість легко встановити додаткові модулі, тим самим збільшивши кількість стволів. Стовбури, як і в інших гарматах системи Гатлінга, з'єднуються у казенній частині, посередині та у дульного зрізу. Снаряди зберігаються в барабані (як і в 20-мм авіаційній гарматі M61 Vulcan), але через відсутність гільз він менший і не має механізму екстракції.

Принцип дії цієї зброї полягає в наступному: снаряди з барабана послідовно подаються в кожен з чотирьох стовбурів, насоси впорскують певні порції пального і окислювача основний простір і виробляється електричне займання паливної суміші (у перспективі планувалася установка лазерного запалювача).

Після пострілу відкривається клапан на середньому затиску ствола, спрацьовує важіль відмикання затвора та подається наступний снаряд. При відмові ствола важіль нерухомий і затвор не відкривається до нового циклу займання горючої суміші. Якщо і при повторній спробі постріл не відбувається, то спеціальний датчик виключає ствол, що відмовив, з подальшої стрільби, що призводить до зниження скорострільності.

У 1977 році до робіт підключилися військово-морські сили (Naval Weapons Center). Їхня 25-міліметрова зброя на двокомпонентному ракетному паливі з тріском провалила випробування.

1981 року в рамках контракту Pulse Power Systems проблемами ЖВМ починає займатися DARPA - американське агентство передових оборонних дослідницьких проектів.

Вже в 1986 році лабораторія балістики Абердинського випробувального полігону та армійський центр досліджень та розробок озброєння Пікантинського арсеналу укладають контракти на науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи з «General Electric».
В рамках досліджень було зроблено близько 2000 пострілів на лабораторних установках різних конструкцій та калібрів (від 25 до 105 мм).

Роботи були поділені на три етапи. У ході першого до 1988 року був виготовлений зразок, що служив для статичних випробувань 155 мм на лафеті буксированої гаубиці M115.

Випробувальний стенд 105 мм гармати. фірми "Дженерал електрик". На вставці доведено випробувальний бункер фірми "General Electric".

Під час випробувань максимальна дальність стрілянини активно-реактивним снарядом М549А1 склала 44,4 км при початковій швидкості 998 м/с, а мінімальна осколково-фугасна М107 - 4,4 км.

Другий етап передбачав створення самохідного зразка для демонстраційних випробувань, початок яких було заплановано на кінець 1990 року. До третього – створення серійної артилерійської системи на ЖМВ так і не дійшло.

Ескіз самохідної 155-мм гаубиці на ЖМВ компанії "General Electric" для демонстраційних випробувань:
1 – противідкатний механізм; 2 - знаряддя; 3 - привід керування кутом піднесення; 4 – стрічковий механізм подачі снарядів; 5 - боєкомплект із 56 снарядів; 6 – електрообладнання; 7 – розміщення ЖМВ; 8 – вежа; 9 - привід керування вежею в горизонтальній площині; 10 - система керування вогнем

General Electric" також брала участь у роботах зі створення 120-мм танкової гармати на ЖМВ в рамках програми BTI (Balanced Technology Initiative), що виконується спільно з Великобританією та ФРН.

Англійськими фахівцями було створено лабораторну установку з 30-мм гарматою, а зрештою англійські розробники мають намір створити 120-мм танкову гармату та гаубицю калібру 155 мм.

У ФРН дослідження області ЖМВ велися з початку 70-х фірмами «Діль» і «Рейнметал». До 1989 року планувалося до демонстраційних випробувань.

Випробувальний стенд 30 мм гармати, фірми «Діль».

25-мм автоматична гармата, яку використовувала фірма "Рейнметал" у своїх ранніх дослідженнях з ЖМВ

Щодо вітчизняних розробок, то достовірної інформації щодо них практично немає.

Цікаві відомості можна знайти у ювілейному виданні нижегородського ВАТ ЦНДІ «Буревісник» під назвою «40 років на варті Вітчизни та світу. 1970-2010 рр.».
«З 1 кварталу 1982 року... ЦНДІ «Буревісник» став головним виконавцем з НДР НВ1-142-82 «Лава», в рамках якої інститут спільно з підприємствами п/с В-8469, п/с В-2281, п/ я А-7701 та Інститутом хімії нафти СО АН СРСР відпрацьовував балістичне рішення та елементи схеми танкової гармати із застосуванням ЖМВ (рідкі метальні речовини). Проведені дослідження дозволили рекомендувати два напрямки проектування артсистем із застосуванням ЖМВ:
- З розміщенням заряду ЖМВ в каморі артилерійської зброї (об'ємне горіння);
- З розподілом заряду ЖМВ по довжині каналу ствола (розподілена подача).

Було розроблено та виготовлено 57-мм мінометну балістичну установку, що дозволяє проводити експериментальні дослідження з обох обраних напрямків. Протягом цього проекту за рішенням ВПК з 1985 року було відкрито НДР «Хвиля» - «Вишукування технічних напрямів створення артсистем та боєприпасів із застосуванням ЖМВ». Науковим керівником теми було призначено директора інституту В.М. Чебаненко...

Ще один німецький досвідчений зразок. 20-мм фірма "Рейнметал".

Зважаючи на все, після закінчення гонки озброєнь дослідження в області ЖВМ якщо і не були повністю згорнуті, то сильно сповільнилися. Ентузіасти продовжують експериментувати, на сьогоднішній день кількість різних патентів на тему важко піддається підрахунку. В основному це різні види ручної зброї на ЖМВ.

Рідкі метальні речовини (ЖМВ) - хімічні сполуки, здатні до швидкої хімічної реакції, що супроводжується виділенням великої кількості теплової енергії та газоподібних продуктів. У майбутньому вони можуть замінити порох як метальний заряд у вогнепальній зброї.

Принцип дії рідких метальних речовин сам по собі відносно простий, проте його застосування на практиці викликає ряд складнощів, що перешкоджають випуску серійної зброї на ЖМВ вже понад п'ятдесят років.

Розрізняють однокомпонентні та двокомпонентні ЖМВ:

Монерголі (однокомпактний заряд) - рідкі гомогенні метальні заряди, що складаються з чистих складів, що мають велику енергію, або сумішей, які утворюють гази за допомогою міжмолекулярної реакції (наприклад, пропілнітрат) або каталітичного розкладання (наприклад, перекис водню, гідразин та окис етилену).

Дієрголі (двокомпонентний заряд) - чисті або сумішеві рідкі палива та окислювачі, які зберігаються окремо і потім змішуються, щоб викликати реакцію в каморі згоряння. Діерголи поділяються на самозаймисті і незаймисті. Самозаймисті діерголи змішуються безпосередньо в каморі перед пострілом. Незаймисті діерголи можуть бути змішані заздалегідь, проте для їх ініціації потрібен займист (наприклад, піротехнічний або електричний).

Методи заряджання ЖМВ:

I - безгільзове заряджання: 1 - монерголь або незаймистий діерголь; 2 - самозаймистий диерголь; 3 – метальний заряд; 4 - запалювач (електричний або піротехнічний); 5 – паливо; 6 - окислювач у капсулі; 7 - піротехнічний або механічний пристрій для пробивання капсули;

II - регенеративний упорскування: 1 - монерголь або незаймистий діерголь; 2 - діерголь (або самозаймистий діерголь); 3 - метальний заряд; 4 - камера-різниці тисків; 5 - запалювач (електричний або піротехнічний); 6 – паливо; 7 – окислювач; 8 - механічний пристрій для використання з самозаймистими діерголями; 9 - запалювач для незаймистих диерголей.

на ранніх стадіяхдосліджень, в яких використовувалися міномети та малокаліберна зброя, для монерголів та дієрголів використовувався так званий метод безгільзового заряджання.

При використанні монерголей і попередньо змішаних незаймистих дієрголів виміряна кількість метального заряду вводилася в комору і займалася електричного або піротехнічного запальника. Для самозаймистих диерголей окислювач містився в капсулі, яка пробивалася піротехнічним або механічним пристроєм. Як тільки дві хімічні речовини змішувалися, вони мимоволі спалахували.

Проблемами, з якими зустрічалися під час використання цього методу безгільзового заряджання, були переважно обтюрація та займання. Ні постійної швидкості згоряння, ні експлуатаційної безпеки досягти не вдалося.

Схема системи подачі ЖМВ для незаймистого диерголя:

1 - бак (резервуар); 2 – паливо; 3 – поживний насос; 4 - запобіжний клапан; 5 - швидкодіючий клапан; 6 – проміжний паливний бак; 7-займист; 8 - переливний клапан; 9 - гармата із системою упорскування; 10-трубопровід підведення окислювача; 11 – окислювач; 12 - трубопроводи підведення окислювача з подвійною заповненою водою обшивкою

Для подолання складнощів було прийнято рішення використовувати так званий регенеративний метод або впорскування.

Фактично цей спосіб означає, що метальний заряд всмоктується в камеру різницею тисків. Коли тиск у каморі наростає, поршень відводиться назад, засмоктуючи більше метального заряду в комору. При цьому регулювання кількості метальної речовини, що подається здійснюється зміною величини зазору. Це дозволило досягти більш рівного згоряння.

Схема, на якій показано пропоноване компонування для гаубиці з ЖМВ, що використовує метод регенеративного упорскування:
1 - замикаючий механізм для всіх поршнів; 2 – поршні зарядки окислювача; 3 – поршні подачі палива; 4 - поршні упорскування; 5 – випускний повітряний клапан; 6 - окислювач; 7 - паливо

Цьому методу також були притаманні проблеми. Вони концентруються переважно навколо механіки тертя під час руху поршня, витоку через зазор і обтюрації.

Також вітчизняними фахівцями розглядалася можливість створити зброю з розподілом заряду ЖМВ по довжині каналу ствола (розподілена подача).

Очікувані переваги ЖМВ:

Значне поліпшення показників зброї. Збільшення швидкості снаряда на виході з каналу ствола зброї не менше ніж на 10 відс. (головним чином за рахунок вищої п'єзометричної ефективності - відношення середнього тиску газів до максимального); зниження пікових тисків газів; зменшення димоутворення при пострілі (Стверджують, що температура горіння, наприклад, диерголя, що складається з розведеної Н202 (перекису водню) та вуглеводнів, приблизно на 20% нижче, ніж температура горіння стандартного твердого метального заряду);

Можливість точного дозування вибухової речовини. Порівняно широкий вибір потужності заряду при збільшенні бойової скорострільності, швидкості і точності наведення дозволяють реалізувати обстріл однієї і тієї ж мети по кількох сполучених траєкторіях - що набагато підвищує ймовірність її ураження.

Підвищення живучості. ЖМВ менш чутливі до ударних навантажень, ніж пороху. Шанс, що бак з монерголем детонує порівняно не високий. Діерголи ж зовсім безпечні, до тих пір поки їх компоненти не контактують один з одним.

Збільшення скорострільності. Застосування ЖМВ у танках з автоматами роздільного заряджання призведе до спрощення конструкції автомата заряджання, разом з відсутністю необхідності видалення стріляної гільзи до значного збільшення скорострільності.

Розрахунки показують, що скорострільність зброї з ЖМВ насамперед визначається тепловим режимом ствола. До того ж, навіть сучасні гільзи танкових пострілів займають значний обсяг у вежі, це підводить нас до наступної переваги.
Економія обсягу. Обсяг розміщення боєприпасів основного озброєння всередині бойової броньованої машини цінується дуже високо.

Незважаючи на те, що на кожен постріл потрібно значний об'єм ЖМВ (майже 10-12 л для одного 120-мм бронебійного опереного снаряда з провідними частинами, що відокремлюються), рідини набагато легше розміщувати, ніж тверді метальні снаряди і снаряди або постріли унітарних.

У літературі наводиться порівняння обсягу боєукладки у танках М-1 та «Леопард-2».

Її об'єм для 42 120-мм танкових пострілів становить приблизно 2650 л. Необхідна кількість незаймистого ЖМВ (плюс снаряди) для тієї ж кількості снарядів, які повинні вистрілюватися з такою ж початковою швидкістю, займе приблизно 1780 л об'єму.

Безперечною перевагою є також те, що баки для хімічних речовин можуть бути будь-якої форми і, отже, можуть бути розроблені для оптимального використання обмеженого обсягу в бойовому відділенні.

Вартість.

Використовувалися в різних дослідницьких програмах хімічні речовинишироко застосовуються у комерційному секторі, їх виробництво давно налагоджено. Також за рахунок спрощення конструкції очікується значне (до 80%) зниження вартості метальних зарядів.

Недоліки використання ЖМВ:

Порівняно невеликий термін зберігання. Недоліком ЖМВ можна вважати те, що деякі з монерголей (особливо на гідроксильному нітраті амонію) і диергольние окислювачі, наприклад, перекис водню (Н2О2), сильно розкладаються. Не виключено, що це обмеження буде подолано.

Низька екологічність. Питання про те наскільки сильний вплив надають дані речовини на здоров'я безпосередньо контактують з ними людей і навколишнє середовище на даний момент вивчено погано (принаймні у відкритому доступі даних щодо цього немає).

Наявність нагнітальних магістралей. Трубопроводи високого тиску придатні до вежі становлять певну небезпеку для екіпажу. За деякими даними, максимальний тиск рідини для дослідної гармати з ЖМВ становить приблизно 700 МРа (7000 бар). Для гаубичного зброї цей тиск дорівнює приблизно 450 МРа (4500 бар). Слід зазначити, що ці цифри досягаються лише у каморі перед пострілом. У поживних трубопроводах тиск сягає лише 1 МРа (10 бар). Теоретично, метальний заряд може подаватися і без підвищеного тиску, проте на практиці цього досягти не вдалося.

Проблема розрядження зброї. Конструкцією гармати має бути передбачений спосіб видалення ЖМВ із камори у разі осічки.

Внутрішня балістика. Внутрішня балістика звичайної гармати визначається здебільшого стандартизованим метальним зарядом. Внутрішня балістика гармати з ЖМВ визначається, переважно, підготовкою метального заряду у коморі. Фактично кожен із виконаних під час експериментів пострілів дещо відрізнявся від попередніх.

Основна проблема, що гальмує розвиток рідинних артилерійських знарядь, полягає в тому, щоб розробити методи прогнозування та управління горінням ЖМВ. Після закінчення своїх досліджень у цій галузі фахівці ЦНДІ «Буревісник» дійшли висновків про те, що розробка артилерійських систем з надвисокими параметрами на базі ЖМВ вимагає вирішення таких складних завданьгазодинаміки та чисельного моделювання процесів об'ємного горіння та нестаціонарних хвиль у зоні розширення, що без використання сучасних суперкомп'ютерів не обійтися.

Джерело-

Влітку 1942 р. у селищі Білімбаї група інженерів авіазаводу, евакуйованого з Москви, намагалася (приватно) знайти засіб значного збільшення дульних швидкостей, а отже, бронебійності куль та снарядів.

Ці інженери закінчили механіко-математичний факультет МДУ, задовільно знали математику і механіку, але в області вогнепального були дилетантами. Мабуть, тому й вигадали зброю, яка «стріляє гасом», що в порядного артилериста, скажи йому це, викликало б тоді лише усмішку.

Спочатку була піддана розрахункам давно відома схема електрогармати у вигляді двох соленоїдів, нерухомої частини – стовбура – ​​та рухомої – снаряда. Вийшли такі необхідні потужності, що розміри і вага конденсатора зросли неприйнятно. Ідею електрогармати було відхилено.

Тоді один із цих інженерів, який раніше працював у реактивному НДІ у групі С.П.Корольова з порохових крилатих ракет і знав про регресивність кривої тиску порохових газів у ракетній камері та каналі стовбура зброї (у РНДІ він іноді гортав «Внутрішню балістику» Серебрякова), запропонував сконструювати зброю, що заряджається звичайним порохом, але з зарядом, розподіленим уздовж каналу стовбура в окремих коморах, сполучених з каналом. Передбачалося, що в міру просування снаряда по стволу заряди в коморах стануть по черзі спалахувати і підтримувати тиск в основному просторі приблизно на постійному рівні. Це мало збільшити роботу порохових газів і підвищити дульну швидкість при незмінних довжині ствола і максимально допустимому у ньому тиску.

Вийшло громіздко, незручно в експлуатації, небезпечно і т.д., внаслідок чого схема також була забракована. Після війни у ​​якомусь журналі чи газеті була фотографія такої гармати, створеної німцями і, мабуть, теж забракованою.

Наші старання вперлися було в глухий кут, але врятував випадок. Якось на березі заводського ставка загуркотів рідинний ракетний двигун, що випробовується на сусідньому заводі, головного конструктора Віктора Федоровича Болховітінова, де тоді створювався БІ-1, перший в СРСР винищувач з ракетним мотором.

Гуркіт РД навів нас на думку використовувати в вогнепальній зброї замість пороху паливо рідинних ракет з безперервним упорскуванням його в заснарядний простір протягом усієї тривалості пострілу.

Ідея «рідкого пороху» приваблювала винахідників ще й тим, що питома енергоємність відомих рідких сумішей, скажімо гасу з азотною кислотою, значно перевищувала енергоємність пороху.

Виникла проблема впорскування рідини у простір, де тиск сягав кількох тисяч атмосфер. Врятувала пам'ять. Колись один із нас читав перекладену з англійської книгу П.У. Бриджмена «фізика високих тисків», в якій описані пристрої для дослідів із рідинами, що перебувають під тиском у десятки і навіть сотні тисяч атмосфер. Використовуючи деякі ідеї Бріджмена, ми придумали схему подачі рідкого палива в область високого тиску силою того самого тиску.

Знайшовши схематичні вирішення основних питань, ми приступили до конструювання рідинної зброї (на жаль, одразу автоматичної) під готовий стовбур дегтярівської протитанкової рушниці калібру 14,5 мм. Виконали докладні розрахунки, в яких неоціненну допомогу надав мій нині покійний товариш по РНДІ великий учений-інженер Євген Сергійович Щетинке, який тоді працював в ОКБ В.Ф.Болховитинова. Розрахунки дали обнадійливі результати. Швидко виготовили креслення «рідинної автоматичної зброї» (ЖАО) та запустили у виробництво. Благо, один із співавторів винаходу був директором та головним конструктором нашого заводу, тому дослідний зразок виготовили дуже швидко. Через відсутність штатних куль ПТРД наточили саморобних, з червоної міді, зарядили ними зброю і 5 березня 1943 року в тирі, складеному з кожухів зруйнованих вагранок (авіазавод був розміщений на території колишнього труболиварного заводу), випробували «гасовий» кулемет. Мала бути автоматична черга пострілів, рівна кількості куль, вкладених у магазинну коробку. Але не було. Відбувся лише один, зважаючи на звук, повноцінний постріл.

Виявилося, що стовпчик куль у стовбурі зазнав такого тиску газів з боку основного простору, що заклинило механізм автоматичної подачі куль і компонента рідкого палива.

Помилку винахідників, які вирішили створити відразу кулемет доопрацювання системи одиночного пострілу, зазначив у своєму (переважно позитивному) відгуку про винахід зам. голови Арткому генерал-лейтенант О.О. Беркалів. Ми негайно це врахували.

Куля з червоної міді першого рідинного пострілу пробила 8-міліметрову сталеву плиту і застрягла в цегляній кладці, до якої була притулена плита. За діаметром пробоїна значно перевищила калібр кулі і мала з боку удару вінець виплеску, що ясно видимий на фото, стали назустріч кулі, яка реформувалася в «гриб». Вчені-артилеристи вирішили, що виплеск матеріалу на вході кулі в плиту, мабуть, слід пояснити високою швидкістю зустрічі, а також механічними властивостями плити та кулі.

Макет зразка зброї, з якого було зроблено, за твердженням артилеристів-вчених, перший у постріл рідким «порохом», зберігається в музеї заводу.

Після першого, не зовсім, таким чином, вдалого (автомата не вийшло) випробування рідинної автоматичної зброї п'ятого березня 1943 р. ми зайнялися відпрацюванням пострілу з ПТРД унітарним патроном, спорядженим замість пороху рідкими компонентами пального та окислювача. Довгий час стріляли саморобними мідними кулями, але з поверненням заводу з евакуації влітку 1943 року до Москви за допомогою працівників ЦК І.Д.Сербіна та А.Ф. Федотикова, отримали достатню кількість штатних патронів протитанкової рушниці і стали стріляти «рідким порохом» вже по бронеплитах бронебійно-запальними кулями. Довівши товщину плит, що пробиваються до 45 мм, зарядом з 4 грам гасу і 15 грам азотної кислоти, замість 32 грамів штатного порохового заряду, ми склали докладний звіт і надіслали його Сталіну.

Незабаром у Наркоматі озброєнь під головуванням генерала А.А.Толочкова було проведено міжвідомчу нараду за участю представників наркоматів авіапромисловості, озброєнь, боєприпасів та Артилерійського комітету. Було винесено рішення: НКАЛу - подати до Наркомату озброєнь робочі креслення та техумови на виготовлення дослідної установки для вивчення внутрішньої балістики ЖАО; Наркомату озброєнь – виготовити на одному зі своїх заводів установку та передати її до Наркомату боєприпасів на дослідження. Загальне наукове керівництво всією роботою, наскільки пам'ятаю, нараду поклало на Артком.

Минув час. І одного разу, після цілого ряду погоджень, ув'язок із заводом, з НДІ Наркомату боєприпасів, ми нарешті отримали запрошення на захист одним із співробітників цього НДІ, т.Добришем, кандидатської дисертації на тему «Внутрішня балістика рушниці...» (слідувало прізвище одного з винахідників - за традицією зброярів: "гвинтівка Мосіна", "автомат Калашнікова", "пістолет Макарова" і т.д.). Захист пройшов успішно. Автори винаходу були згадані у доповіді, їхню заслугу претендент відзначив. Минули ще роки, приблизно через десять років після винаходи ЖАО, авторів запросили на захист другої дисертації. На цей раз ад'юнкту Артаакадемії підполковника І.Д. Зуянова на тему з назвою приблизно - "Теоретичні та досвідчені дослідження артсистем на рідких вибухових сумішах". Автори винаходу із задоволенням прочитали в авторефераті дисертації І.Д. Зуяное має свої імена, згадані добрим словом. Керівником претендента на дисертацію був професор І.П. Граві.

Якою є подальша доля нашого винаходу, ми не знаємо, але нам відомо з іноземного відкритого друку, що починаючи з 70-х років з'явилося багато патентів і робіт у США, Англії та Франції на тему вогнепальної зброї на рідкому паливі.

Відомі мені особи, які зробили внесок у роботи з рідинної зброї, в алфавітному порядку: Байдакв Г.І. - директор філії згаданого вище авіазаводу. Беркалів. Є.А. – генерал-лейтенант, заступник голови Арткому, Граве І.П. – генерал-майор, професор Артаакадемії, Гриїченко Г.Є. - Токар заводу, Дрязгов М.П. - Поч. бригади ОКБ заводу, Єфімов А.Г. - Токар заводу. Жучков Д.А – поч. лабораторії заводу, Зуянов І.Д – підполковник, ад'юнкт Артаакадемії, Карімова XX – інженер-розрахунник ОКБ заводу, Кузнєцов Є.А – інженер-конструктор ОКБ заводу, Личов ВТ. - слюсар заводу, Пості Я" - слюсар заводу, Привалов А.І. - директор і голосний конструктор заводу, Сербії ВД - працівник ЦК партії, Сухов А.М. - слюсар заводу, Толочков АА - генерал-майор, заст. НТК Наркомату озброєнь, Федотиков А.Ф., - працівник ЦК партії, Щеткнков Є.С.-інженер ОХБ авіазаводу, який очолював В.Ф.

М.ДРЯЗГОВ, лауреат Державної премії СРСР

P.S Все б добре... Але виявляється багато років тому підполковник І.Д.Зуянов, який став кандидатом наук за ЖАО, виявив, що його дисертація в архіві ВАКу затерта до непристойності. Тобто хтось її вивчав. Хто – не встановлено. І підполковника Зуянова вже не спитаєш, чи він помер.

Все почалося з супер-торпеди, створеної для потреб флоту в 1969 році.

Йтиметься не про військову техніку, а про найдешевше паливо для двигунів розширювального типу: А+К+вода+каталізатор+стабілізатор (де А та К – інгредієнти, що випускаються промисловістю для потреб сільської хімії сотнями тисяч тонн)! Так! Речовини одержувані в буквальному сенсі з повітря (з азоту) і потім перетворюються на азот і воду після роботи в двигуні!
Паливо, точніше, це енергоносій, який міг би вже давно змінити наш світ. .
* Для тих кому цікаві технічні та наукові подробиці, - .
На жаль, на вимогу спеціальних державних служб ми видалили точну рецептуру складу.
І так все почалося з торпеди. Тоді, у минулому, військові не могли не натішитися на свою пероксидну торпеду з реактивним гвинтом. І було чому радіти, - всього три деталі в рушії, бак з перекисом водню, підшипник з порожнистою віссю-трубкою і реактивний гвинт із форсунками-двигунами на кінці лопатей. Надійно, просто та ефективно.
Але був у цієї іграшки один неприємний бік, - концентрований перекис водню. Речовина дорога, дуже їдка, агресивна і ще вибухонебезпечна при контакті з іржею та окислами багатьох металів.
Ось і замовили військові вченим замінити пероксид чимось дешевим та безпечним.
Так почалася ця чудова історія...
Не секрет, що в 21 столітті на зміну "звичайним" двигунам внутрішнього згоряння (ДВС) прийдуть альтернативні силові технології, подібно до того, як у 20 столітті двигуни Н. Отто та Р. Дізеля витіснили парові машини 19 століття. Провідні центри та автофірми вже ведуть конкурентну боротьбу за “альтернативні” палива та енергозберігаючі цикли. Перспективна адаптація існуючих ДВС до більш "водневим" та екологічним паливам: спиртів, метану, водню. Освоюються альтернативні цикли силових установок (електропаливні осередки, гібридні електро-ДВС, з рекуперацією енергії гальмування та ін.). Головні проблеми – поки що висока вартість та складність всього “альтернативного”.
Однак, навіть на "альтернативному" паливі схема поршневого або газотурбінного ДВЗ - як теплової машини для перетворення хімічної енергії на механічну роботу - насправді "неальтернативна". Так само дози палива (пального) повинні згоряти в стислому повітрі (окислювачі), а продукти згоряння, розширюючись від отриманого в реакції тепла - штовхати поршень або обертати турбіну.
Адаптація серійного "механічного" ДВЗ до палива-метанолу або навіть водню не претендує на "альтернативну силову установку". Принципові недоліки повітряно-паливного циклу залишаються: обмежене корисне розширення газів спалаху та витрати потужності на попереднє стиск повітря-окислювача.
З цих причин ККД поршневих і турбо-ДВС обмежений до 30-35%, а до 60-70% енергії, що виділяється - марно гріють навколишнє середовище з вихлопними газами, через радіатор і вузли тертя.
Про “екологічність” та “відновлюваність” нафтових ресурсів тут не йдеться.
Але сформулюємо проблему "альтернативності" в абсолютній "альтернативній" межі: альтернативне паливо - це паливо не для ТЕПЛОВИХ МАШИН, а для альтернативних циклів плюс: безпека, відновлюваність ресурсів, незалежність від навколишнього середовища. В ідеалі енергоносій повинен вироблятися прямо з повітря і будь-яких покидьків за рахунок електроенергії (атомної або гідра - дешевої), а потім, відпрацювавши в двигуні, повертатися в повітря у вигляді води і звичайних атмосферних газів. Чи може бути таке?
Нове – добре забуте старе. Ось тепер настав час згадати про торпеду на пероксиді. Для того щоб зрозуміти, що шукали їй на заміну вчені, і чому їх пошуки увінчалися тріумфом, розберемося в чому відмінність двигуна пероксидної торпеди від теплової машини.
Пероксидний двигун це не тепловий двигун, а розширювальний. Упускаючи всі технічні подробиці вкажемо тільки, - перекис водню це щільна рідина з щільністю приблизно в 900 разів щільніше за повітря.
За певних умов вона зазнає фазового переходу, тобто. розкладається на кисень і водяну пару. При цьому обсяг збільшується у 900 разів, - тиск відповідно. Тобто. один кубічний сантиметр пероксиду після розкладання прагне зайняти майже літр об'єму!
Робимо висновки: пероксид не потрібно стискати (витрачаючи на стиск енергію) він вже стиснутий до краю будучи рідиною. Йому не потрібен карбюратор і взагалі не потрібен окислювач, отже двигун значно спрощується. Пероксид це пружина готова розпрямитись при контакті з каталізатором і здійснити механічну роботу, а на виході просто вода та газ.
Зрозуміло, що такий двигун тільки з натяжною можна назвати тепловим, оскільки він є розширювальним. Маючи прототип, радянські вчені не тільки знайшли дешеву та безпечну заміну пероксиду, а й значно перевершили його у своєму новому енергоносії.
Створена ними унікальна речовина так само, як і перекис водню, була унітарним енергоносієм, що не вимагав кисню, здатним працювати хоч під водою, хоч і в космосі.
Але воно було стійке екологічно і біологічно нешкідливо і вибухонебезпечно. Крім того, якщо пероксид з деякою натяжкою був теплотворним паливом (водяна пара генерується пероксидом при дуже високій температурі), то новий енергоносій повністю розкладався на атмосферні гази.

Унітарне паливо є цілком працездатним і не є далеким майбутнім: на сотню км під водою пливуть швидкісні торпеди; з високою швидкістю летять "порохові" снаряди та працюють "безатмосферні" турбо-насоси рідинних ракет; з космічною роботовіддачею згоряють унітарні палива у твердопаливних прискорювачах.
Однак, для цивільних технологій "оборонні" окислювачі не годяться через високу вартість, небезпеку в обігу або токсичність (перекис водню, рідкий кисень, двоокис азоту, перхлорати та ін. Екзотичні речі).
Проблема “громадянського” унітарного енергоносія вирішується для водо-витратних палив – на основі деяких добрив та каталізаторів. Властивості цих речовин за ГОСТ та їх розчинів вивчені в теорії промислових вибухових речовин дуже добре. Водонаповнені композиції цих речовин з невибуховими горючими речовинами при звичайній температурінездатні до детонації і навіть до горіння, а при атмосферному тиску - і зовсім пожежобезпечні в порівнянні з бензином. Світове виробництво цих добрив близько 20 млн. тонн на рік. Найбільш технологічні рецептури цих енергоносіїв можуть бути зроблені мало не в будь-якому фермерському господарстві.
Нагадаємо, що йдеться про нітрат амонію (аміачну селітру) і другий компонент - карбамід (сечовину), вартість яких менше 50 доларів за тонну.
Масова частка вуглецю в стехіометричній композиції АС/карбамід становить лише 4%, що приблизно в 20 разів нижче "вуглецевої" палива-бензину (86-90%) і метану (75%). Зауважимо, що для 100% безвуглецевих горючих речовин (аміак, водень, гідразин тощо) у суміші з окислювачем-АС “вуглецевість” паливних сумішей складе 0%, що можна класифікувати як різновид водневої енергетики унітарних палив.
Ступінь розширення робочого тіла-газу з конденсованої фази енергоносія може досягати до V2/V1 ~1500 одиниць, що на 2 порядку перевищує розширення повітряно-паливних зарядів у звичайних ДВС, а термодинамічний ККД циклу "чистого" розширення досягає до 87% - при обмеженні температури відпрацьованих газів до Т2 ~1000С (вода – пара). У самому граничному випадку нульового розширення газів – вибух або спалах у власному обсязі конденсованої фази (ρ0 ~1,5 г/см3) – максимальні параметри безводних систем досягають до Т0 ~28000К, Р0 ~5*104 атм. / кг) гарячих композицій "нанівець" при вмісті води понад 50-60% (вода - пара).

Розрахунки зниження початкових параметрів (Т1, Р1) спалахів паливних доз в залежності від ступеня розширення V2/V1 в адіабатному циклі до кінцевих значень (Т2, Р2) наведені в таблиці. Показник політроп для водонітратних спалахів k=1,294.

Потенційна енергонасиченість більшості водонітратних композицій знаходиться в межах 800-950 ккал/кг з питомою газоутворенням приблизно 1000л/кг, що відповідає працездатності сучасних безпірних піроксилінових порохів.
Опускаючи нудні розрахунки з розширенням газів у ДВС (доступні не всім ДВС-никам), уд.расход “рідкого пороху” порівняно з паливом-бензином при ступені розширення газів V2/V1 = 50 зросте до 4-5 разів за масою (або в 2-2,5 рази – за обсягом). Однак "великий паливний бак" - компенсується дешевизною компонентів "водяного пороху" і майже десятикратним зменшенням ваги двигуна. А можливості форсування "порохового" циклу - відповідають запитам жорсткої спортивної гоночної машини або реактивного винищувача.
. Оскільки холодний водний порох при будь-якій аварії не може стати динамітом, функціональний бак буде переднім бампером безпеки.
На лабораторній установці виявлено кореляцію між здатністю продуктів водонітратного термолізу рухати поршень та розрахунковою теплотою вибуху (спалаху) – у перерахунку на сухі речовини.

Виявляється, теоретично теплових машин простіше пороху не може нічого.
Виявляється, вік “нафтового” розвитку ДВЗ Отто та Дизеля – помилка.

Для альтернативного палива-"пороху" необхідні й альтернативні "безатмосферні" схеми двигуна. Виключивши цикли провітрювання у схемі 4-тактного ДВЗ, можна змусити його працювати як 2-тактний "гіпердизель" з гарячою форкамерою міні-реактора, або навіть заново побудувати 1-тактний поршневий циліндр т.зв. "подвійної дії".
Як уже говорилося, для цього енергоносія найкраще підходять простіші двигуни. Саме в них на основі цієї технології можна одержати максимальний. не досяжний для ДВС ККД.

Очевидно, що для безперервно-турбінних циклів – дорогі та складні повітряні компресори навряд чи знадобляться, а вимоги до жароміцності робочих зон – знижуються пропорційно до “обводненості” нового енергоносія.
Рідкий порох

Мотор колесо
Двигун під капотом машини взагалі відсутній.
Привід коліс здійснюється "вбудованими" в колеса пневмо-двигунами, запитаними від центрального міні-реактора - генератора робочого газу високого тиску. Основна складність - створення "вписаних" газорозширювальних міні-машин з високим ступенем корисного розширення робочого газу. Зате – без карданів, колінвалів, трансмісії, диференціалів та ін заумі двигуністів. У крайньому випадку, "підресорені" турбіни розширення газів або гідромотори можна розмістити над парою провідних коліс із півосями.
Також неприємно створювати насос високого тиску для впорскування енергоносія у газовий реактор.

Реактивний гвинт
Власне, з цього і починалося - з торпеди.
Двигун типу "реактивний гвинт", що обертається реактивним вихлопом із сопів на кінцях лопатей. Якщо міні-реактори "рідкого пороху" розмістити там же, ми отримаємо силовий агрегат, що поєднує функції "двигуна", "двигуна" та "паливного насоса"; вузли тертя - лише два опорні підшипники осі гвинта, що обертається. Відцентрово-радіальні сили "втягують-качають" високощільний розчин з бака через канали осі та лопат у гарячий реактор, звідки стислі гази викидаються через периферійні сопла. Стартова "розкручування" гвинта - від електромотора на осі якого власне і закріплений гвинт. Після старту двигун стає генератором струму для бортової мережі.
Уклавши реактивний гвинт в кільцевий аеродинамічний сегмент, можна підвищити безпеку та корисну "спрямованість" імпульсу газоповітряних мас.
Реактивний гвинт, що штовхає, може бути рушієм для індивідуальних літальних апаратів, а циліндричний сегмент навколо гвинта - кільцевим крилом або "хвостовим оперенням" летючого аеромобіля.
Тут доречно згадати, що аеросані, аерокатери та автомобілі мають незрівнянну перевагу прохідності та простоти в порівнянні зі своїми повно приводними побратимами. І поява саморушного щодо безшумного пропелера може знову змінити зовнішній виглядназемного та водного транспорту.
Між іншим у 2011 році за кордоном налагоджено випуск цивільного реактивного вертольота на перекисі водню. Цей вертоліт також не має двигуна і цілком може бути повторений на нашому енергоносії з вищими комерційними показниками.
Вже сама та кількість створюваних зарубіжними фірмами та аматорами реактивно-гвинтових вертольотів на перекисі водню говорить про необхідність комерційно потіснити їх нашим варіантом.

Однак, альтернативний двигун на самому альтернативному паливі - взагалі без рухомих механічних частин і вузлів тертя. Чи можливо в якості "опори-поршня" для парів-газів, що розширюються "з нічого", використовувати "безкоштовну" речовину навколишнього середовища, наприклад, воду?..

Найпростіша схема "немеханічного" газо-водомета - звичайно, труба. Принцип простий, вода – високощільне робоче тіло – розганяється в трубі орієнтованим вихлопом із реактора. І все (!). ККД такого газоводомета залежатиме від розширення реакторних газів у трубі з водою, що “відкидають” водяні маси з реактивним ефектом, а тяга – від “проточності” труби. Оптимальні можуть бути форсунки-решітки, або "кільцеві" форсунки, що частково перекривають внутрішній переріз з ефектом "замикання" рухомих мас і регульованим дифузором потоку, що набігає. Розгін "щільної" води по трубі доцільний у кілька ступенів прискорюючих форсунок-сопел. Для підводних кораблів можна різко знизити опір середовища пухирцевою "шубою" з носових рушіїв. Енергоємність водонітратного палива на 2 порядки вище акумуляторних відсіків звичайних субмарин.

На основі таких елементів можна конструювати дуже прості машини побутової механізації - газонокосарки, дрилі, шуруповерти - працюючі далеко від електромережі.

Концепція унітарного палива в цивільних технологіях

В основі природної рівноваги та функціонування біосфери Землі лежать три природні цикли: кругообіг вуглецю, кругообіг азоту, кругообіг води. Досі практична та господарська діяльність людини заснована на видобутку та спалюванні накопичених у Земна коравуглецевих корисних копалин органічного походження: кам'яного вугілля, нафти, горючих газів, а також деревини.
При їх спалюванні витрачається кисень атмосфери, незворотно виснажуються запаси найціннішої вуглеводневої та природної сировини, атмосфера забруднюється токсичними вуглецевими продуктами та “парниковим” вуглекислим газом(СО2). На початку 21 століття вже порушено природну рівновагу геокліматичної машини планети і все людство поставлено на межу глобальної екологічної катастрофи.
Основним джерелом споживання нафти та забруднення довкілля є автомобільний транспорт (~80%). Зазначимо, що всі пацифістські звернення “за екологію”, відчайдушні зусилля вчених-глобалістів та духовних лідерів досі є малоефективними.
У той же час існує можливість різкого зниження екологічного навантаження на біосферу з використанням безвуглецевих азотовмісних відновлюваних джерел енергії, а також промислових, “альтернативних” та природних технологій її перетворення та акумулювання, “вписаних” у природні цикли планетарного кругообігу азоту та води.
В якості "альтернативного палива" для газорозширювальних машин пропонуються водонітратні композиції типу ОКИСЛЮВАЧ+ГОРЮЧЕ+РОСТВОРЮВАЧ, з молекулярною гомогенізацією співрозчинних реагуючих компонентів.
Найбільш технологічні легкоплавкі композиції нітрату амонію з деякими горючими-евтектиками амінної природи.
***Від редакції. Залишено для ознайомлення. З низки технологічних причин НЕ ПЕРСПЕКТИВНО. Рекомендуємо.